下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌并在震后难以修复使用的主要原因。桥梁墩台及基础的震害除因砂土液化、地基下沉、岸坡滑移或开裂等地基毁坏的情况外,还由于受到较大的水平地震力,经瞬时反复振动,而在相对薄弱的截面产生破坏。
早期石砌或混凝土桥墩墩身的震害大都从施工接缝处的轻微裂缝开始,继而扩展至四周,造成剪断面破坏,甚至导致墩身移位或断落。这种剪切破坏是脆性的,造成桥墩强度和刚度的急剧下降。钢筋混凝土桥墩常出现受压边缘混凝土崩溃、钢筋裸露屈曲,从而导致变形过大而破坏,这种破坏称为弯压破坏或弯曲破坏。弯压破坏是延性的,随着混凝土的开裂压溃剥落、钢筋裸露弯曲而产生很大的塑性变形。比较高柔的桥墩多为弯压破坏,矮粗的桥墩或混凝土桥墩多为剪切破坏,介于两者之间的为混合破坏。
由于铁路荷载的特点与公路荷载不同,铁路桥梁活载所占比例较大,加之对行车舒适性指标有具体要求,使得铁路墩台刚度相对较大,其破坏形式主要是剪切破坏,但是高墩仍会出现弯压破坏。铁路桥墩的基脚破坏和桥梁墩顶(顶帽)局部开裂、掉块也是典型的震害形式。另外,深水中的桥墩应考虑墩-水耦合振动的作用,同时应计入内水域和外水域水体的影响。
1.桥墩剪切破坏
桥墩剪切破坏是十分常见的。由于剪切破坏是脆性的,往往会造成桥墩以及上部结构的倒塌,震害较为严重。
2008年汶川地震中也有多座桥的桥墩发生剪切破坏。广岳铁路穿心店大桥全长174.8 m,孔跨布置为1×20 m(半穿钢梁)+1×20 m简支T梁 +3×32 m简支T梁+1×24 m简支T梁。地震后,该桥上部梁体纵向位移非常大,后四孔梁在大里程端活动支座滑落,梁体一端高一端低,呈现倾斜状态,如图1.3-9所示。其中1~6号桥墩严重倾斜,且1~5号墩墩身均遭到破坏,均有一道或多道贯通水平裂纹和不同程度的竖向裂缝,桥墩下部大片混凝土剥落,如图1.3-10(a)所示。宝成铁路上行线清江7号特大桥的桥墩剪切破坏如图 1.3-10(b) 所示。
图1.3-9 穿心店大桥震后
图1.3-10 典型桥墩剪切破坏
柿子坪大桥全长180 m,孔跨布置为(1×16+1×24+4×32)m。“5·12”汶川地震后,桥面轨道扭曲严重,轨枕翻到道砟之上,如图1.3-11(a)所示。部分支座破坏,梁体有明显的纵、横向位移。其中6号桥台与梁体顶死,因此,梁端上缘有斜裂破坏,抢修时,上翼缘处临时加固,采用型钢临时支撑。5号墩梁缝20 cm,4号墩梁缝顶死,3号墩梁缝顶死,1号墩梁缝30 cm。第一孔梁的双片Π形梁间的盖板完全掉落,致使道砟下泄,轨枕悬空,经检查0号台及梁片本身无异常损坏,可以使用。本桥2~5号墩墩身有数条水平裂缝,如图1.3-11(b)所示。
图1.3-11 柿子坪大桥震害
2.桥墩弯压破坏
在铁路桥墩震害中,弯压破坏并不突出,此种震害多发生在公路桥墩中。图1.3-12为2008年汶川地震中的广岳铁路穿心店大桥发生的桥墩弯压破坏。这种破坏可能是由于桥墩底部在地震中反复受到弯曲和剪切作用,混凝土保护层脱落,核心混凝土受弯被反复拉压而破碎或纵筋发生屈曲。(www.xing528.com)
图1.3-12 广岳铁路穿心店大桥桥墩弯压破坏
3.桥墩顶帽开裂和掉块
桥墩顶帽开裂和掉块是一种常见震害。这种震害是由于地震时上部梁体与下部桥墩位移不一致并受到约束而产生的震害。铁路桥一般不设置帽梁挡块,而是在桥墩顶帽设置防落梁设施及梁部至墩顶的检查设备,当地震作用强烈时,梁体与桥墩的相对位移受到约束,于是在这些设施、设备与桥墩顶帽的连接部位出现裂缝,甚至掉块,如图1.3-13和图1.3-14所示。
图1.3-13 桥墩顶帽混凝土掉块
图1.3-14 桥墩顶帽混凝土局部开裂
4.桥台震害
桥台震害在地震中也是较为常见。除了因地基丧失承载力(如砂土液化)引起的桥台滑移外,桥台的主要震害有:台身与上部结构(如梁)的碰撞破坏、桥台倾斜、桥台锥体破坏以及台尾过渡段破坏。图1.3-15为2008年汶川地震中的桥台震害。
图1.3-15 桥台震害
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